CN106765685A - 一种热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置 - Google Patents

一种热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，包括回风处理系统、新风处理系统、机械制冷系统，所述回风处理系统包括依次连接的回风‑水换热器、多个喷淋填料模块，所述新风处理系统包括依次连接的送风‑水换热器、表冷器和多个新风‑水换热器。本发明可以有效避免传热传质过程中的不可逆损失，提高系统全热回收效率，减少了冷源投入的冷量，提高了新风处理装置的总体能效。

Description

一种热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置
技术领域
本发明属于暖通空调系统领域，涉及一种新风处理装置。
背景技术
空调系统中，根据国家现行卫生标准的要求，需要向室内供给一定量的新鲜室外空气（新风）。国家暖通空调相关的标准一般都规定了向室内供给的最小新风量（m3/h）。室外新风由于温度和湿度以及含尘量等原因，通常不能直接送入室内，必须对其进行热湿处理。在供冷季期间，室外空气通常高温高湿，需要对室外空气降温除湿；在供暖季期间，室外空气通常低温低湿，需要对室外空气升温加湿。对室外空气进行热湿处理是空调系统的主要任务之一，对新风处理的能耗可以占到空调系统能耗的20%-30%，若室外气候条件恶劣，那么新风处理的能耗会更高，因此，降低新风处理能耗是空调系统节能的重要环节。
目前的新风处理方式大多采用冷凝除湿的方式，将冷冻水通入表冷器，对新风降温除湿，送入室内。除此之外，目前有还有一些独立的新风处理装置，例如溶液除湿、固体除湿等。从以上背景技术来看，目前尚未有一种结合冷凝除湿与蒸发冷却的新风处理装置。本专利旨在提出一种新风处理装置，利用对新风进行间接蒸发冷却，使用填料和换热器组成模块，采用多级模块的方式，充分回收新风的潜热，降低新风处理的能耗。此外，经过处理的新风温度和湿度合适，可以直接送入室内。该装置适宜于承担温湿度独立控制系统中的湿度控制任务。
发明内容
技术问题：本发明提供了一种充分利用了回风/新风的可回收能量，减少了冷源投入的冷量，提高了新风处理装置总体能效的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置。
技术方案：本发明的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，包括回风处理系统、新风处理系统、机械制冷系统，所述回风处理系统包括依次连接的回风-水换热器、多个喷淋填料模块，所述新风处理系统包括依次连接的送风-水换热器、表冷器和多个新风-水换热器，所述表冷器同时是机械制冷系统的组成部分；
所述机械制冷系统包括表冷器、压缩机、板式冷凝器、节流阀，所述表冷器的制冷剂出口端与压缩机的吸气端连接，压缩机的排气端与板式冷凝器的制冷剂入口端连接，板式冷凝器的制冷剂出口端通过节流阀与表冷器的制冷剂入口端连接，所述板式冷凝器的冷却水出口端通过第四水泵与末端的喷淋填料模块的喷水入口端连接，板式冷凝器的冷却水入口端与末端的喷淋填料模块的底部出水端连接，第四水泵的输送方向为板式冷凝器的冷却水出口端到末端的喷淋填料模块的喷水入口端；
所述回风处理系统回风方向与新风处理系统的新风方向相向设置，所述回风-水换热器与送风-水换热器之间水循环连接，除末端的喷淋填料模块外，每个喷淋填料模块均与一个新风-水换热器对应并水循环连接。
进一步的，本发明中，所述回风-水换热器与送风-水换热器之间的水循环连接具体形式为：送风-水换热器的进水端与回风-水换热器的出水端之间通过依次设置的第一三通阀、第一水泵连接，送风-水换热器的出水端与回风-水换热器的进水端通过第二三通阀连接。
进一步的，本发明中，所述喷淋填料模块的出水端与对应新风-水换热器的进水端之间的连接管路上分别设置有用以实现水循环的水泵。
进一步的，本发明中，所述多个新风-水换热器中，与表冷器新风进口连接的新风-水换热器的出水端与其对应喷淋填料模块的进水端的连接管路上设置有第三三通阀，该新风-水换热器的进水端与其对应喷淋填料模块的出水端的连接管路上设置有第四三通阀，所述第三三通阀与第一三通阀连通，所述第四三通阀与第二三通阀连通。
进一步的，本发明中，所述喷淋填料模块为2个或3个。
本发明的一种热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，包括回风处理系统、新风处理系统、机械制冷系统，所述回风处理系统包括依次连接的回风-水换热器、多个喷淋填料模块、一个蒸发式冷凝器，所述蒸发式冷凝器同时是机械制冷系统的组成部分，所述新风处理系统包括依次连接的送风-水换热器、表冷器和多个新风-水换热器，所述表冷器同时是机械制冷系统的组成部分；
所述机械制冷系统包括表冷器、压缩机、节流阀、蒸发式冷凝器，所述表冷器的制冷剂出口端与压缩机的吸气端连接，压缩机的排气端与蒸发式冷凝器的制冷剂入口端连接，蒸发式冷凝器的制冷剂出口端通过节流阀与表冷器的制冷剂入口端连接；
所述回风处理系统回风方向与新风处理系统的新风方向相向设置，所述回风-水换热器与送风-水换热器之间水循环连接，每个喷淋填料模块均与一个新风-水换热器对应并水循环连接。
进一步的，本发明上述装置中，所述回风-水换热器与送风-水换热器之间的水循环连接具体形式为：送风-水换热器的进水端与回风-水换热器的出水端之间通过依次设置的第一三通阀、第一水泵连接，送风-水换热器的出水端与回风-水换热器的进水端通过第二三通阀连接。
进一步的，本发明上述装置，所述喷淋填料模块出水端与对应新风-水换热器进水端之间的连接管路上分别设置有用以实现水循环的水泵，所述喷淋填料模块的排风口与蒸发式冷凝器的排风入口连接。
进一步的，本发明上述装置，所述多个新风-水换热器中，与表冷器新风进口连接的新风-水换热器的出水端与其对应喷淋填料模块的进水端的连接管路上设置有第三三通阀，该新风-水换热器的进水端与其对应喷淋填料模块的出水端的连接管路上设置有第四三通阀，所述第三三通阀与第一三通阀连通，所述第四三通阀与第二三通阀连通。
进一步的，本发明上述装置，所述喷淋填料模块为2个或3个。
在夏季工况运行时，该装置设置了送风与回风的显热换热装置，在室内回风和经过降温除湿的送风之间进行显热换热。其作用是使回风温度降低，在含湿量（kg/kg）不变的情况下，使回风的相对湿度（%）提高，回风状态贴近饱和线。同时，该装置提高送风温度，使得经过除湿处理的新风送风温度合适，可以直接送入室内。显热换热装置可采用板翅式空气-空气显热换热器，水循环空气-空气显热换热器或热管空气-空气显热换热器。本发明设置了多级回风全热回收装置。由一个喷淋模块和一个换热模块组成单级全热回收模块，回风全热回收装置包括两级或多级全热回收模块组成。在喷淋模块和换热模块之间采用水循环。在喷淋模块中设置填料，水与回风通过填料直接接触，回风对水降温。由于在进入喷淋模块之前，回风经过了显热回收装置的降温过程，因此回风与水的传热传质过程贴近于饱和线，可以有效避免传热传质过程中的损失，全热回收效率较高。水经过回风降温之后，通过换热器与新风换热，对新风降温，同时水升温。在全热回收装置中，新风和回风不接触，避免了新回风污染以及漏风的问题。
本发明装置的一种优选方案中，所述喷淋填料模块和冷凝器组成的换热模块替换为蒸发式冷凝器换热模块，所述排风-水换热器的排风口与蒸发式冷凝器换热模块的排风入口连接。
本发明装置的上述优选方案中，所述冬夏工况切换管路分为独立的两路，所述回风-水换热器的水路出口与新风-水换热器的水路进口通过一路连接，回风-水换热器的水路进口与新风-水换热器的水路出口通过另一路连接，冬夏工况切换管路中设置有三通阀门。
该方案中，在冬季运行时，可采用以下方式实现冬夏工况切换：利用全热回收装置最后一级水循环空气-空气显热换热器回收回风热量，新风经过全热回收装置以后，进入空气处理装置（表冷器），在夏季通入冷冻水对新风降温除湿，在冬季通入热水对新风升温，新风如需加湿，还可以在空气处理装置后增加加湿器。
本发明装置采用热泵驱动的机械制冷装置，室内回风经过显热回收和两级全热回收之后在最后一级全热回收模块的喷淋填料中制取高温冷水用于冷却压缩式制冷系统的冷凝器，降低其冷凝温度，减小压缩式制冷所需的能耗。室内回风在进入喷淋填料之前，经过了显热回收装置的降温过程，回风与水的传质过程更贴近于饱和线，可以有效避免传热传质过程中的不可逆损失，提高系统全热回收效率，制备出的冷却水极限温度可达室内回风的露点温度。室外新风在机械制冷机组处理前经过了全热回收模块的预冷，可减少了冷源投入的冷量，提高了新风处理装置的总体能效。此外，过渡季节室内负荷较小时，可关闭机械制冷装置。冬季本发明装置可通过阀门切换实现对回风的热回收，新风如需加湿，还可以在空气处理装置后增加加湿器。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
目前，常用的采用热泵驱动的新风方式包括冷凝除湿、溶液除湿和固体除湿。其中，冷凝除湿方式可采用显热换热器或全热换热器在回风和新风之间做热回收。热回收后的新风送入热泵蒸发器，进行冷凝除湿。冷凝器的热量可采用回风或新风排出。本装置与上述装置的区别在于空气处理流程不同，采用显热换热装置，利用温度较低的送风对室内回风进行降温，使得回风在进入全热回收装置之前的状态点贴近于饱和线，因此新风与回风的全热回收过程也贴近于饱和线，而目前常用装置的热回收过程都远离饱和线。若空调系统中没有集中收集回风，本装置还可以采用新风排出冷凝器的热量。在新风与送风之间设置显热回收，降温后的新风依次进入喷淋模块和喷淋式冷凝器。这种方式可以利用新风与水喷淋对水降温，作为被处理新风的预冷。本装置可采用水为介质进行回风和新风的全热回收，设备简单可靠，生产成本低，并提高了全热回收装置的效率。同时新风的送风温度也得到升高，可以直接送入室内。该装置充分利用了回风或新风的可回收能量，减少了冷源投入的冷量，提高了新风处理装置的总体能效。
除冷凝除湿装置之外，新风处理装置还有采用热泵驱动的溶液除湿装置和固体除湿装置。与溶液调湿新风处理方式相比，本装置的工质为水，不采用除湿溶液（如LiBr溶液、LiCl溶液、CaCl2溶液），因此，避免了溶液的腐蚀问题，也没有送风带液进入室内的问题。由于没有腐蚀问题，本装置的换热器均可采用普通的管翅式换热器和板式换热器，而无需采用特制的防腐换热器，可大幅降低成本。与固体除湿方式相比，本装置的空气处理流程有所不同。固体除湿流程的空气除湿过程为等焓过程，而本装置的除湿过程为贴近饱和线的过程，通过冷凝除湿方式，冷冻水可以对空气直接除湿。无论是溶液除湿装置还是固体除湿装置，都采用了吸湿剂，因此必须对吸湿剂进行再生。本装置采用冷凝的方式除湿，不需要采用吸湿剂，也不涉及到吸湿剂的再生问题。与溶液除湿装置和固体除湿装置相比，本装置生产、制作简单，成本可以大幅下降。
本发明装置可实现冬季和夏季工况的转换，在冬季实现新风与排风之间的热回收。并且本装置可以作为温湿度独立控制系统的湿度控制部分与显热控制部分配合使用。
附图说明
图1为本发明新风处理装置喷淋填料+板翅式冷凝器示意图。
图2为本发明新风处理装置蒸发式冷凝器示意图。
图中有：回风-水换热器1、第一喷淋填料模块2a、第二喷淋填料模块2b、第三喷淋填料模块2c、送风-水换热器3、热泵蒸发器4、第一新风-水换热器5a、第二新风-水换热器5b、第一水泵6a、第二水泵6b、第三水泵6c、第四水泵6d、热泵蒸发式冷凝器7、热泵压缩机8、热泵节流阀9、第一三通阀10a、第二三通阀10b、第三三通阀10c、第四三通阀10d、热泵板式冷凝器11。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
图1示出了热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置（喷淋填料+板翅式冷凝器），该装置包括回风处理系统和新风处理系统，所述回风处理系统包括依次连接的回风-水换热器1、喷淋填料模块，所述新风处理系统包括依次连接的送风-水换热器3、表冷器4和新风-水换热器，所述回风-水换热器1与对应的送气-水换热器3之间水循环连接，所述喷淋填料模块与对应的新风-水换热器之间水循环连接，所述喷淋填料模块与对应冷凝器11之间水循环连接。夏季运行时，新风依次通过多级全热回收换热器，表冷器和显热回收换热器，回风依次通过显热回收换热器，喷淋填料；冬季运行时，关闭全热回收换热器和送风侧显热回收换热器。所述回风-水换热器1与对应送风-水换热器3之间的连接管路上设置有用以实现水循环的水泵，所述喷淋填料模块与对应新风-水换热器之间的连接管路上设置有用以实现水循环的水泵，所述喷淋填料模块与对应冷凝器11之间的连接管路上设置有用以实现水循环的水泵。
图2示出了热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置（蒸发式冷凝器），系统由换热器，喷淋填料，水泵和机械制冷装置（冷凝器、蒸发器、节流阀、压缩机）组成。图1所述喷淋填料模块和冷凝器11组成的换热模块替换为蒸发式冷凝器7，所述喷淋填料模块的排风口与蒸发式冷凝器7的排风入口连接。，所述回风-水换热器1与新风-水换热器之间还设置有冬夏工况切换管路，用以实现两者之间水循环和回风-水换热器1与送风-水换热器3之间水循环的切换。冬夏工况切换管路分为独立的两路，所述回风-水换热器1的水路出口与新风-水换热器的水路进口通过一路连接，回风-水换热器1的水路进口与新风-水换热器的水路出口通过另一路连接，冬夏工况切换管路中设置有三通阀门。夏季运行时，新风依次通过多级全热回收换热器，表冷器和显热回收换热器，回风依次通过显热回收换热器，多级填料；冬季运行时，通过三通切换，对新风和回风进行显热回收后，再对新风加热送入室内，如室外新风温度较低，可在新风进入换热器之前对其预热，如新风需要加湿，可在送入室内之间，增加加湿器。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，该装置包括回风处理系统、新风处理系统、机械制冷系统，所述回风处理系统包括依次连接的回风-水换热器（1）、多个喷淋填料模块，所述新风处理系统包括依次连接的送风-水换热器（3）、表冷器（4）和多个新风-水换热器，所述表冷器（4）同时是机械制冷系统的组成部分；
所述机械制冷系统包括表冷器（4）、压缩机（8）、板式冷凝器（11）、节流阀（9），所述表冷器（4）的制冷剂出口端与压缩机（8）的吸气端连接，压缩机（8）的排气端与板式冷凝器（11）的制冷剂入口端连接，板式冷凝器（11）的制冷剂出口端通过节流阀（9）与表冷器（4）的制冷剂入口端连接，所述板式冷凝器（11）的冷却水出口端通过第四水泵（6d）与末端的喷淋填料模块的喷水入口端连接，板式冷凝器（11）的冷却水入口端与末端的喷淋填料模块的底部出水端连接，第四水泵（6d）的输送方向为板式冷凝器（11）的冷却水出口端到末端的喷淋填料模块的喷水入口端；
所述回风处理系统回风方向与新风处理系统的新风方向相向设置，所述回风-水换热器（1）与送风-水换热器（3）之间水循环连接，除末端的喷淋填料模块外，每个喷淋填料模块均与一个新风-水换热器对应并水循环连接。
2.根据权利要求1所述的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，所述回风-水换热器（1）与送风-水换热器（3）之间的水循环连接具体形式为：送风-水换热器（3）的进水端与回风-水换热器（1）的出水端之间通过依次设置的第一三通阀（10a）、第一水泵（6a）连接，送风-水换热器（3）的出水端与回风-水换热器（1）的进水端通过第二三通阀（10b）连接。
3.根据权利要求1所述的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，所述喷淋填料模块的出水端与对应新风-水换热器的进水端之间的连接管路上分别设置有用以实现水循环的水泵。
4.根据权利要求1、2或3所述的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，所述多个新风-水换热器中，与表冷器（4）新风进口连接的新风-水换热器的出水端与其对应喷淋填料模块的进水端的连接管路上设置有第三三通阀（10c），该新风-水换热器的进水端与其对应喷淋填料模块的出水端的连接管路上设置有第四三通阀（10d），所述第三三通阀（10c）与第一三通阀（10a）连通，所述第四三通阀（10d）与第二三通阀（10b）连通。
5.根据权利要求1、2或3所述的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，所述喷淋填料模块（2）为2个或3个。
6.一种热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，该装置包括回风处理系统、新风处理系统、机械制冷系统，所述回风处理系统包括依次连接的回风-水换热器（1）、多个喷淋填料模块、一个蒸发式冷凝器（7），所述蒸发式冷凝器（7）同时是机械制冷系统的组成部分，所述新风处理系统包括依次连接的送风-水换热器（3）、表冷器（4）和多个新风-水换热器，所述表冷器（4）同时是机械制冷系统的组成部分；
所述机械制冷系统包括表冷器（4）、压缩机（8）、节流阀（9）、蒸发式冷凝器（7），所述表冷器（4）的制冷剂出口端与压缩机（8）的吸气端连接，压缩机（8）的排气端与蒸发式冷凝器（7）的制冷剂入口端连接，蒸发式冷凝器（7）的制冷剂出口端通过节流阀（9）与表冷器（4）的制冷剂入口端连接；
所述回风处理系统回风方向与新风处理系统的新风方向相向设置，所述回风-水换热器（1）与送风-水换热器（3）之间水循环连接，每个喷淋填料模块均与一个新风-水换热器对应并水循环连接。
7.根据权利要求6所述的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，，所述回风-水换热器（1）与送风-水换热器（3）之间的水循环连接具体形式为：送风-水换热器（3）的进水端与回风-水换热器（1）的出水端之间通过依次设置的第一三通阀（10a）、第一水泵（6a）连接，送风-水换热器（3）的出水端与回风-水换热器（1）的进水端通过第二三通阀（10b）连接。
8.根据权利要求6所述的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，所述喷淋填料模块的出水端与对应新风-水换热器的进水端之间的连接管路上分别设置有用以实现水循环的水泵，所述喷淋填料模块的排风口与蒸发式冷凝器（7）的排风入口连接。
9.根据权利要求6、7或8所述的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，所述多个新风-水换热器中，与表冷器（4）新风进口连接的新风-水换热器的出水端与其对应喷淋填料模块的进水端的连接管路上设置有第三三通阀（10c），该新风-水换热器的进水端与其对应喷淋填料模块的出水端的连接管路上设置有第四三通阀（10d），所述第三三通阀（10c）与第一三通阀（10a）连通，所述第四三通阀（10d）与第二三通阀（10b）连通。
10.根据权利要求6、7或8所述的热泵驱动的间接蒸发冷却回风全热回收新风处理装置，其特征在于，所述喷淋填料模块（2）为2个或3个。
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